Некоторые перспективные направления развития транзисторной микроэлектроники

Гетерогенный переход (гетеропереход,Heteroubergang, Heterogenous junction) –электрический переход, образованный в результате контакта полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. создается на границе различных полупроводниковых материалов: германий-кремний, кремний-арсенид галлия.

Гомогенный переход (гомопереход,Homogener Ubergang, Homogenous junction) –электрический переход, образованный в результате контакта полупроводников с одинаковой шириной запрещенной зоны, созданный в одном полупроводниковом материале (только в германии, только в кремнии, только в арсениде галлия).

ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ - П/П

Переход Шоттки (Schottky Ubergang, Schottky junction) – электрический переход, образованный в результате контакта между металлом и полупроводником.

ПЕРЕХОД ДИЭЛЕКТРИК - П/П

Переход металл-диэлектрик-полупроводник ( МДП) представляет собой структуру, в которой между слоем металла и полупроводника располагается тонкий слой диэлектрика (обычно двуокиси кремния SiO₂).

ИЗОТИПНЫЕ ПЕРЕХОДЫ (или контакт полупроводник- полупроводник)

Если слои одного типа проводимости, но с разной концентрацией примесей, то получается электронно-электронный (n⁺-n) и дырочно-дырочный (p⁺-p) переходы. (“+” обозначает повышенную концентрацию).

Электронно-электронный переход (n‑n⁺ переход, n‑n⁺‑Ubergang, N‑N⁺ junction) – электрический переход между двумя областями полупроводника n‑типа, обладающими различными значениями удельной электрической проводимости.

Дырочно-дырочный переход ( p‑p⁺ переход, p‑p⁺‑Ubergang, P‑P⁺ junction) – электрический переход между двумя областями полупроводника p-типа, обладающими различными значениями удельной электрической проводимости.

Примечание. “+” условно обозначает область с более высокой удельной электрической проводимостью.

ПО ШИРИНЕ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ различают:

ПО ВИДУ ВАХ (вольтамперной характеристики) различают:

Выпрямляющий переход (Gleichrichterubergang, Rectifying junction) – электрический переход, электрическое сопротивление которого при одном направлении тока больше, чем при другом.

Омический переход (Ohmischer Ubergang, Ohmic junction) – электрический переход, электрическое сопротивление которого не зависит от направления тока в заданном диапазоне значений токов.

ПО ГРАДИЕНТУ состава на границе различают:

Резкий переход (Steiler Ubergang, Abrupt junction) – электрический переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси значительно меньше толщины области пространственного заряда.

Примечание. Под толщиной области понимают ее размер в направлении градиента концентрации примеси.

Плавный переход (Stetiger Ubergang, Graded junction) – электрический переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси сравнима с толщиной области пространственного заряда.

ПО ТЕХНОЛОГИИ изготовления перехода различают:

Плоскостной переход (Flachenubergang, Surface junction) – электрический переход, у которого линейные размеры, определяющие его площадь, значительно больше толщины.

Точечный переход (Punktubergang, Point-contact junction) – электрический переход, все размеры которого меньше характеристической длины, определяющей физические процессы в переходе и в окружающих его областях.

Диффузионный переход (Diffundierter Ubergang, Diffused junction) – электрический переход, полученный в результате диффузии атомов примеси в полупроводнике.

Планарный переход (Planarubergang, Planar junction) – диффузионный переход, образованный в результате диффузии примеси сквозь отверстие в защитном слое, нанесенном на поверхность полупроводника.

Конверсионный переход (Konversionsubergang, Conversion junction) – э лектрический переход, образованный в результате конверсии полупроводника, вызванной обратной диффузией примеси в соседнюю область, или активацией атомов примеси.

Сплавной переход (Legierter Ubergang, Alloyed junction) – электрический переход, образованный в результате вплавления в полупроводник и последующей рекристаллизации металла или сплава, содержащего донорные и (или) акцепторные примеси.

Микросплавной переход (Mikrolegierter Ubergang, Micro-alloy junction) – сплавной переход, образованный в результате вплавления на малую глубину слоя металла или сплава, предварительно нанесенного на поверхность полупроводника.

Выращенный переход (Gezogener Ubergang, Grown junction) – электричеcкий переход, образованный при выращивании полупроводника из расплава.

Эпитаксиальный переход (Epitaxieubergang, Epitaxial junctio n) – электрический переход, образованный эпитаксиальным наращиванием.

Эпитаксиальное наращивание – создание на монокристаллической подложке слоя полупроводника, сохраняющего кристаллическую структуру подложки.

Производство транзисторов для СБИС в традиционном виде, то есть со стоком, истоком и затвором, предположительно возможно лишь до 2020-2025 гг.

К тому времени размеры всех элементов кремниевого транзистора достигнут атомарных размеров и уменьшать их дальше будет просто невозможно.

2020 год - это фактически рубеж, когда закон Мура перестанет действовать, а кремний потеряет свою актуальность как основной материал микроэлектроники (для СБИС).

Зако́н Му́ра — эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году Гордоном Муром, Intel (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) - число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца.

При анализе графика роста производительности запоминающих микросхем им была обнаружена закономерность (правило, закон): появление новых моделей микросхем наблюдалось примерно через одинаковые периоды времени (18-24 мес.).

При этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое.

При сохранении этой тенденции, мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени будет возрастать экспоненциально (рис.14.1).

В 2007 году Г. Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

Рис. 14.1 Иллюстрация закона Мура. Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени.

На рис. 14.1 вертикальная ось имеет логарифмическую шкалу, то есть кривая соответствует экспоненциальному закону - количество транзисторов удваивается примерно каждые 2 года.

До недавнего времени постоянно уменьшались размеры элементов транзисторов пока толщина слоя оксида кремния (SiO2), используемого в транзисторе в качестве диэлектрика, не была доведена практически до минимума – 1,2 нм, т.е. всего 3-4 атомарных слоя.

От постоянного уменьшения геометрических размеров транзисторов (Intel) перешла также к изменению их прочих параметров, включая конструкцию и материал:

- был создан новый материал на основе гафния для подзатворного диэлектрика;

- разрабатывается модель с так называемым объемным, или трехмерным затвором, что позволит увеличить рабочий ток транзистора и одновременно снизить токи утечки;

- использование для изготовления транзисторов других материалов вместо кремния.

Например: антимонид индия (InSb) имеющий подвижность электронов в 50 раз выше, чем в кремнии, что сразу же дает колоссальный выигрыш по всем параметрам устройства.

- прорабатывается возможность использования нанотрубок и нанонитей, которые также исследуется в лабораториях Intel.

Уже сейчас и другие ведущие фирмы ищут принципиально новые материалы и технологии для создания транзисторов будущего.

В числе перспективных направлений исследований рассматриваются:

- молекулярный транзистор;

- спиновый транзистор;

- графеновый транзистор;

- квантовый транзистор на основе интерференции волн;

- транзистор на квантовых точках;

- транзисторы на основе нанотрубок;

- ферроэлектрический транзистор и пр.

Пока невозможно представить, как именно будут выглядеть транзисторы через 15-20 лет, но весьма вероятно: это будут устройства с молекулярными размерами, абсолютно не похожие на существующие ныне CMOS-транзисторы.

Создание новых транзисторов, на иных физических принципах в настоящее время находится на стадии создания макетных образцов и лабораторных исследований.

Дата добавления: 2014-01-06